光電催化分解水析氫有望成為一種可持續(xù)的利用太陽能制備清潔能源的重要方法。在太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率不斷取得突破性進展的指導下，電催化劑的性質(zhì)成為影響光電催化分解水的太陽能轉(zhuǎn)化效率的重要因素，其中陽極上的析氧反應對實現(xiàn)全水分解更為重要。開發(fā)高催化活性﹑高穩(wěn)定性﹑廉價的雙功能催化劑取代貴金屬鉑和釕等成為研究工作者關注的焦點。近日，電子科技大學基礎與前沿研究院的王志明（點擊查看介紹）團隊﹑休斯頓大學的包吉明（點擊查看介紹）團隊和萊斯大學的Kenton H. Whitmire（點擊查看介紹）團隊合作，通過化學氣相沉積法，利用單一的前驅(qū)體制備了一種高性能的雙功能電催化劑，并將該催化劑整合到光陽極半導體材料上，實現(xiàn)了太陽光驅(qū)動的析氧反應。
過渡金屬磷化物具有非常高的電解水催化活性，但目前的制備方法涉及非常危險的磷化反應過程，不利于制備高效的光電極用于水分解。已有文獻報道的過渡金屬磷化物能與P型半導體材料結合，用于光陰極電催化分解水制氫，但少有文獻報道將過渡金屬磷化物用于光陽極電催化分解水制氧。
該合作團隊設計和制備了一種同時含有鐵﹑錳﹑磷元素的單一前驅(qū)體。該前驅(qū)體在較低的溫度下（200 ℃）即可氣化，在350 ℃ 條件下即可分解成三元的FeMnP磷化物。利用這一特點，他們通過化學氣相沉積法，將FeMnP成功沉積到三維網(wǎng)絡結構的石墨烯包覆的泡沫鎳上。這一材料在酸性和堿性體系中均具有極高的析氫活性，進一步的理論計算也證實這一實驗結果。FeMnP同時還具有較高的氧析出活性。鑒于此，他們將該材料同時用作陽極和陰極實現(xiàn)全水分解，在堿性體系中電流密度為10 mA/cm2的電壓只需1.55 V。
得益于這種獨特的過渡金屬磷化物的制備方法，該合作團隊成功將具有高電催化活性的FeMnP沉積到具有三維結構的二氧化鈦納米棒陣列上，形成二氧化鈦/FeMnP核殼結構，用于光電化學陽極析氧反應。該核殼結構的光陽極在100 mW/cm2模擬太陽光的照射下，光電流密度能達到二氧化鈦的理論光電流密度（1.8 mA/cm2）。上述研究成果表明，該電催化劑有望應用于光電化學的全水分解，從而促進太陽能的有效利用。
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